NOTCH-SIGNALOINTI

Ruotsalainen  Diabetes T2DM kirja sivulla 30 ( professori Hindrik Mulder, mainitsee näin:  On eräs geeni, jota myös assosioidaan  2-tyypin diabetekseen ja se on No0tch homologi 2, NOTCH2. Mitä osaa NOTCH2 omaa, sitä taas ei ole  vielä  selvitetty, mutta NOTCH-signalointi on suurimerkityksellinen   eri solujärjestelmien alkionkehityksessä ja näihin solujärjestelmiin kuuluu myös beetasolut. 
 NOTCH-proteiinit ovat  transmembraanisia ja niitä aktivoi erilaiset ligandit.  Aktivoinnista seuraa, että proteiinin solunsisäinen domeeni pilkkoutuu ja translokoituu solun tumaan, jossa se aiheuttaa transkriptionaalista aktiivisuutta. 

Löysin hyvän videon Notch signaloinnin periaatteesta: 
 https://www.youtube.com/watch?v=kFXrJLxaHhE

 Havainnollistaa Notchproteiinin syntymisen ja funktion:

Notch  https://www.youtube.com/watch?v=-BrI5qX9LBM

Wikipedia antaa seuraavaa englantilaista tekstiä, jota suomentelen, koska ei näy suomaalista versiota  valmiina.. 

Notch signalointitie

Wikipediasta

Notchvälitteinen juxtrakriininen signaali vierekkäisten solujen välissä

Notch signaloinnin vaiheet 

Notch-signalointitie on hyvin konservoitunut solusignalointijärjestelmä, jota esiintyy useimmissa monisoluisissa organismeissa. Imettäväisissä on neljä NOTCH-reseptoria ja niitä merkataan näin: NOTCH1, NOTCH2, NOTCH3 ja NOTCH4.

Notchreseptori on sellainen reseptoriproteiini, joka menee yhden kerran kalvon läpi. Se on hetero-oligomeeri, jolla on iso solunulkoinen osa joka liittyy kalsiumista riippuvalla tavalla ei-kovalenttisesti notchproteiinin pienempään osaan. Tässä pienemmässä osassa on lyhyt solun ulkopuolinen alue, yhden kerran kalvon läpi menevä jakso ja pieni solun sisäinen alue.

Notchsignalointi edistää neurogeneesin aikaista proliferoivaa signalointia ja Numb estää sen aktiivisuutta edistämällä neuraalista erilasitumista eli differentoitumista Notch omaa tärkeää osaa alkion kehityksen säätelyssä. 

Termejä: 

notch receptors,  NOTCH1, NOTCH2, NOTCH3, NOTCH4. 
 its activity is inhibited by Numb to promote neural differentiation.

Englantilainen  sisällysluettelo artikkeliin: Contents

• 1 Discovery
• 2 Mechanism of action
• 3 Function
• 4 Pathway
• 5 Ligand Interactions
• 6 Embryogenesis
  • 6.1 Embryo polarity
  • 6.2 Somitogenesis
• 7 Central nervous system development and function
  • 7.1 Neuron cell differentiation
  • 7.2 Neurite development
  • 7.3 Gliogenesis
  • 7.4 Adult brain function
• 8 Cardiovascular development
  • 8.1 Cardiac development
    • 8.1.1 Atrioventricular (AV) canal development
    • 8.1.2 Ventricular development
    • 8.1.3 Ventricular outflow tract development
  • 8.2 Angiogenesis
• 9 Endocrine development
  • 9.1 Pancreatic development
  • 9.2 Intestinal development
  • 9.3 Bone development
• 10 Respiratory system development
• 11 Cancer
• 12 External links
• 13 References

(1)  Miten notch keksittiin?

Vuonna 1914 huomasi John S. Dexter banaanikärpsen siivissä kyhmyn. Geenialleellit tunnisti vuonna 1917 Thomas Hunt Morgan. Molekulaarinen analyysi ja sekvenssi havaittiin saman aikaisesti akhdella taholla 1980: Spyros Artavanis-Tsakonas ja Michael W. Young olivat nämä tiedemiehet. Kaksi C. elegansin Notch-geenialleellia tunnistettiin kehityksellisistä fenotyypeistä lin-12 ja glp-1. Samoihin aikoihin Iva Greenwald raportoi ” Drosophila Notch” lin-12 kloonauksen ja osittaisen sekvenssin. 

(2) Notchin toimintamekanismi

Notch -proteiini kulkee solukalvon läpi niin että osa sitä  on solun sisällä, osa ulkona. Ligandiproteiinit sitoutuvat solunulkoiseen  domeeniin ja saavat aikaan proteolyyttisen pilkkoutuman ja silloin vapautuu solun sisäinen domeeni ja menee solutumaan modifioimaan geenin ilmenemää.
Pilkkoutumismalli ehdotettiin ensimmäistä kertaa vuonna 1993 ja se perustui niihin töihin, joita oli tehty Drosophila Notch ja C-elegans lin-12 geenistä. Tämä tutkimus antoi myös ensimmäistä tietoa onkogeenisestä mutaatiosta ihmisen Notch geenissä. Gary Struhl antoi vakuuttavan näytön tämän mallin puolesta vuonna 1998 analysoimalla Drosophilaa in vivo ja samoin Raphael Kopan soluviljelmillään. Alunperin mallia kyseenalaistettiin, mutta näytöt mallin puolesta todettiin kumoamattomiksi 2001.
Reseptori triggeröityy normaalisti suorasta solu-solukontaktista, jossa solujen transmembraaniset proteiinit muodostavat ligandeja suorassa kontaktissa ja sitoutuvat notch-reseptoriin. Notch-sitoutuminen sallii soluryhmien organisoitua keskenään siten , että yhden solun ilmentäessä tiettyä kantaa, naapurisolu voi kääntää sen vaihteen pois soluvälin notch-signaalilla. Täten soluryhmät vaikuttavat toinen toisiinsa tehden laajoja struktuureita. Tällä tavalla  lateraalisen inhibition mekanismi on avain notch-signalointiin. Lin-12 ja Notch välittävät binaarisia solukohtalopäätöksiä ja lateraalinen inhibitio käsittää takaisinsyötön  mekanismeja, mikä  laajentaa alkuperäisiä eroavuuksia. 
Notch-kaskadiin (tapahtumaketjuun) kuuluu Notch ja Notchin ligandit ja solunsisäiset proteiinit, jotka välittävät notch-signaalin solutumaan. Havaittiin, että Drosophila ja C. Elegans - eliöiden kehityksen aikaisessa solukohtaloiden erilaistumisessa oli osallistujana Notch/lin-12/Glp-1-reseptoriperhe. Notchin solun sisällä oleva domeeni tekee kompleksin  CBF1:n  ja Mastermindin (MAML1 ) kanssa aktivoiden kohdegeenien transkription  kompleksin rakenne on  määritelty.
 Termejä:
 CBF1 , Mastermind
CBF1= Recombining binding protein suppressor of hairless  (RBPJ)

(3) Notchin funktiosta

Notch-signalointitie on tärkeä solu-solukommunikaatiossa, joka käsittää geenisäätelymekanismin kontrolloimassa moninaisia solujen erilaistumisprosesseja alkiokehityksen ja aikuisuuden aikana. Notch-signaloinnilla on osuutta myös seuraavissa prosesseissa.

• Neuronaalinen (hermo-) funktio ja kehitys 
• Valtimosuonten sisäpinnan ( endoteelin) vakautumiskohtalot ja suonten uudismuodostus eli angiogeneesi 
• Kriittisten solukommunikaatiotapahtumien säätely sydämen endokardiumin ja myokardiumin välillä sekä läppien varhaismuodostumisen että kammioiden kehittymisen ja erilaistumisen kuluessa. 
• Sydänläppähomeostaasin muodostumisprosessissa; sovelluksia Notch- signaloinnin merkityksestä havaittavissa ihmisen  kardiovaskulaarissa häiriöissä, muissakin  kuin läppiä koskevissa. (Termi:   cardiac valve homeostasis),
• Haiman exokriinisten ja endokriinisten solujen ajallinen erilaistuminen. 
• Suoliston sekretoristen ja absorboivien solulinjojen muodostumisessa Notch-signalointi vaikuttaa solujen binaarisen kohtalon valintapäätöksiin. 
• Luun kehityksessä hematopoieettisessa kantasoluaitiossa tapahtuva laajentuma erilaistumisessa: Päätetään osteoblastinen solulinja. Tämä viittaisi Notchin mahdolliseen terapeuttiseen osuuteen luun regeneroitumisessa ja osteoporoosissa. 
• Laajentuma  myös  hemogeenisten endoteelisolujen alueella siinä signalointiakselissa, joka käsittää Hedgehog-signaloinnin ja Scl. (Termejä: Hedgehog signaling , Scl.  https://en.wikipedia.org/wiki/Hedgehog_signaling_pathway) 
• Päätökset lymfaattisen edeltäjäsolun johtamisista erilaisiin T-solulinjoihin. 
• Rintarauhasen solulinjakohtaloiden päättämisen säätely useissa eri kehitysvaiheissa 
• Mahdollisesti joitakin ei-nukleaaisia mekanismeja kuten aktiinistyoskeletonin kontrolli tyrosiinikinaasilla Abl. (Termi tyrosine kinase Abl ).

Notch-signalointi on häiriytynyt monessa syövässä, ja virheellisestä Notch-signaloinnnista on nähty viitteitä useissa taudeissa kuten akuuttissa T-lymfoblastileukemiassa (T-ALL) sekä CADASIL-taudissa (, joka on dominantisti autosomaalisti periytyvä aivovaltimotauti jossa on aivokuoren alaisia infarkteja ja valkoisen aineksen sairastumaa) , MS-taudissa, Fallotin tetralogiassa, Alagillen oireyhtymässä ja monessa muussa tautitilassa.

Notch-signaloinnin estämisestä on nähty anti-proliferatiivista vaikutusta akuutissa T-lymfoblastileukemiassa soluviljelmissä ja eläinkoemalleissa. On myös havaittu että Rex1 omaa estovaikutuksen mesenkymaalisten kantasolujen Notch-ilmenemään estäen erilaistumsien. (Termi T-ALL , CADASIL, Multiple Sclerosis , Tetralogy of Fallot, Alagille syndrome, and many other disease Rex1).

(4) Signalointitie

Notch-reseptorin kypsymä käsittää sen tulevan solunulkoisen domeenin pilkkoutumisen Golgin laitteen läpi tapahtuvan kulkeutumisen aikana. Tuloksena on kaksiosainen proteiini, jossa on isompi extrasellulaarinen domaani linkkiytyneenä pienempään transmembraaniseen (plasmakalvossa olevaan) ja solunsisäiseen domaaniin (NICD).

Toisesta solusta tulevan ligandin (L) kiinnittyminen solun Notch-reseptoriin edistää kahta proteiinia pilkkovaa prosessoitumistapahtumaa. Tämän proteolyysin seurauksena solunsisäinen ( intrasellualarinen) domeeni vaputuu (NICD) ja se voi mennä tumaan liittymään toisiin DNA:han sitoutuviin proteiineihin  (CSL, NICD, MAML,p300 kompleksina)  ja täten säätelemään Notch-kohdegeenien expressiota.

Notch samoinkuin useimmat sen ligandeista ovat transmembraanisia proteiineja. Ligandia esittävän solun tullee (ehkä) olla Notchia ilmentävän solun vierellä, jotta signalointia voi tapahtua. Notch -ligandit ovat myös vain yhden kerran transmembraanisesti kulkevia proteiineja ja ne ovat jäseniä DSL-perheessä ( Delta/serrate/LAG-2). Banaanikärpäsellä on kaksi ligandia, toinen on Delta ja toinen Serrate nimeltään. Imettäväisissä vastaavat nimet ovat Deltan kaltainen, Delta-like ja Jagged. Imettäväisissä on multippeleita Delta-like ja Jagged-ligandeja ja amhdollisesti valikoima muitakin ligandeja kuten F3/contactin.

Nematoda-lajissa C.elegans kaksi geeniä koodaa homologisia proteiineja glp-1 ja lin-12. Esiintyy ainakin yksi raportti, jonka mukaan olisi viitettä siitäkin, että jotkut solut voisivat lähettää jatkeita, joiden avulla signalointia tapahtuisi sellaistenkin solujen kesken, jotka ovat 4-5 solun päässä toisistaan.

Notchin extrasellulaarisessa domaanissa on pieniä cystiinipitoisia motiiveja joita sanotaan EGF:n kaltaisiksi toistoiksi. 
 

Esim. Notch1 omaa 36 tällaista EGF-toistoa. Jokaisessa EGF:n kaltaisessa toistossa on lähes 40 aminohappoa ja rakenne määräytyy pääosin kuuden konsergoituneen cysteinitähteen perusteella ja ne muodostavat kolme -S-S- (disulfidi) sidosta. Jokainen EGF-toistojakso voi modifioitua O-linkkiytyneillä glykaaneilla spesifisissä kohdissa.

Yksi O-glukoosisokeri voi asettua toisen ja kolmannen konservoituneen cysteiinin väliin.

Ja yksi O-fukoosi saattanee liittyä toisen ja kolmannen konservoituneen cysteiinin väliin.

Näitä sokereita lisää jokin toistaiseksi tuntematon O-glykosyylitransferaasi (O-glukoosia)

ja O- fukoosia vastaavasti GDP-fukoosiproteiini O-fukosyylitransferaasi 1 (POFUT1).

O-fukoosin lisääminen POFUT1- entsyymillä on absoluuttisesti välttämätöntä Notch-funktiolle ja ilman tätä O-fukoosia lisäävää entsyymiä ei mikään Notch-proteiini onnistu toimimaan kunnolla. Toistaiseksi ei tiedetä täysin, millä tavalla Notchin glykosylaatio vaikuttaa sen funktioon.

Notchin O-glukoosi voi edelleen pidentyä (-O-Glc-Xyl-Xyl) trisakkaridiksi kahden xyloosisokerin lisällä, minkä tekee xylosyylitransferaasit.

Notchin O-fukoosi voi pidentyä tetrasakkaridiksi (O-Fuc -GlcNAc -Gal-NeuAc) entsyymien yhteistyöllä:

N-Asetyyliglukosamini -sokeria lisää GlcNAC-transferaasi nimeltään Fringe.

Galaktoosia lisää gal-transferaasi .

Sialihappoa (neuraminic acid) lisää sialyltransferaasi. 

Termejä: 

 O-linked glycans
 O-glucose , O-glc
 O-fucose , O-fuc
O-glucosyltransferase (except for Rumi)
GDP-fucose Protein O-fucosyltransferase 1 (POFUT1)
 xylose , xyl
xylosyltransferases,
N-acetylglucosamine (GlcNAc)
 N-Acetylglucosaminyltransferase , Fringe,
galactose . gal
 galactosyltransferase,
 sialic acid , neuraminic acid, NeuAc
 sialyltransferase.
 

Lisää monimutkaisuutta! Imettäväisillä on kolme Fringe GlcNAc-transferaasia ja niillä on seuraavia nimiä ”lunatic fringe” ”manic fringe” (raivoisat ainekset) ja ”radical fringe” Nämä entsyymit vastaavat ns. fringe-vaikutuksesta Notch-signalointiin. Fringe lisää GlcNAc O-fukoosisokeriin ja sitten tapahtuu jatkossa galaktoosin ja sialihapon lisääminen. Kun on läsnä tätä tetrasakkaridia, Notch signaloi vahvasti kun se tekee vuorovaikutustaan Delta-ligandiin. mutta sen sijaan Notch- siganlointi on huomattavan estynyttä Jagged- ligandin kanssa . Ei ole aivan kirkasta käsitystä siitä, miten tämä sokerin lisääminen inhiboi toisen ligandin kautta tapahtuvaa signalointia ja vahvistaa taas toisen ligandin kautta tapahtuvan signaloinnin. 

Kun Notchin extrasellulaarinen domeeni (NECD) on tehnyt interaktionsa toisen solun ligandin kanssa, eräs ADAM- perheen metalloproteinaasi (ADAM10) pilkkoo Notch -proteiinin aivan kalvon ulkopinnasta. Tämä vapauttaa Notchin extrasellulaarisen pätkän (NECD), joka on edelleen interaktiossa ligandinsa kanssa. Ligandi ja Notchin extrasellulaarinen pätkä (NECD) joutuvat endosytoiduksi ligandin omaavaan soluun. Saattaa olla signaloivia vaikutuksia ligandia ilmentävässä solussa tämän endosytoosin jälkeen. Tämä osa Notchin funktiokartasta onkin intensiivisen tutkimuksen alaa nykyään.

Tämän ensimmäisen pilkkoutuman jälkeen gamma-sekretaasiksi kutsuttu entsyymi ( joka tunnettaan AD-taudista) , pilkkoo jäljelle jääneen palan Notch-proteiinista aivan plasmaklvon sisäpinnasta Notchia ilmentävässä solussa.

Tällöin solunsisäinen domaani (NICD) pääsee liikkumaan kohti tumaa, missä se voi säädellä geeni-ilmenemää aktivoimalla transkriptiofaktorin CSL. Alunperin luultiin, että nämä CSL-proteiinit vaimentaisivat Notch- kohteen transkriptiota. Kuitenkin jatkotutkimuksissa kävi ilmi, että NICD- pätkän, Notchin solunsisäisen domaanin sitoutuminen kompleksiin saattaa sellaisen vaihteen päälle, että CSL -repressorista tuleekin transkription aktivaattori. Notchin solunsisäisen pätkän ( NICD) signalointikaskadiin osallistuu muitakin proteiineja kuin CSL.

Termejä:
 metalloprotease ( ADAM10)
 γ-secretase
 CSL.

(5) Ligandi- interaktio

Crystal structure of the Notch1-DLL4 complex depicted as the interaction is predicted to occur between two cells (PDB ID: 4XLW)

Kuvassa näkyy punaisella Notch 1 reseptori ja vihreällä DLL4 ligandi.

Notch-signalointi alkaa kun Notch-reseptori solun pinnalla liittyy lähellä olevan solun ligandin kanssa vierekkäin ( trans-asemaan) . Vaikka Notchin solunulkoinen (extrasellulaari) domaani on pitkä, niin kriittiset määrääjät interaktiossa DLL4:n kanssa ovat kohdat EGF- 11 ja -12. Alueet EGF-11 ja -12 ulkopinnassa ovat näitä ligandia sitovia. EGF-8 domaani tunnistaa selektiivisesti Serrate/Jagged ja EGF 6 - 15 domaanit vaaditaan maksimaaliseen signalointiin ligandistimulaatiossa.

Notch1-Delta like 4 – kompleksikiteen interkatioalueen tutkimuksissa nähtiin milekyylitasoa ja selveni, että ligandin N-terminaalinen MNNL ( tai C2) ja DSL-domaanit sitoutuvat Notchin domaaneihin EGF -12 ja -11 vastaavasti.

Notch1-Dll4-rakenne myös valaisi Notchin O-linkkiytyneiden fukoosi- ja glukoosi-yksiköiden suoraa osuutta ligandin tunnistamisessa  ja selvensi Notch- signaloinnin glykaanivälitteisen hienosäädön rakenteellista mekanismia. 

(6) Alkion aika, embryogeneesi

Notch-signalointitie on tärkeä solu-solukommunikaatiossa ja säätelee alkion kehitystä. Jatkotutkimukset nematodan C-elegans avulla viitaavat siihen,että Notch-signalointi omaa huomattavaa osaa mesodermaalisessa induktiossa ja solukohtaloitten määrämisessä.

ALKION polaarisuus:

Notch-signalointia tarvitaan polaarisuuden säätöön. Mutaatiotutkimuksissa on havaittu, että Notch-signaloinnin puuttuminen kasvavista somiiteista ( alkujaokkeista)  aiheuttaa anterioris-posteriosista epänormaaliutta. ( anterior= etuosa , posterior on takaosa). Notch-signalointia tarvitaan myös vasen-oikea asymmetrian määräytymiseen selkärankaisilla 

Termi:

somites, somiitit, alkujaokkeet 

 Somiitti, alkujaokke, Näitä muodostuu mesodemistä somitogeneesissä.

Somitogeneesissä on Notch-signalointi keskeistä.Vuonna 1995 oli osoitettu hiirellä, että Notch1 oli tärkeä, jotta somiitit olisivat koordinoidusti segmentoituneita. Jatkotutkimuksissa tunnsitettiin notch1 rooliksi signalointi segmentoitumisen kellossa, ajastuksessa. Näistä tutkimuksista tehtiin oletus, että Notch-signaloinnin primäärinen funktio ei oliskaan toimiminen yksittäisessä solussa, vaan soluajastuksen, ”solukellojen”, koordinoiminen ja niiden synkronisoituina pitäminen. Tämä hypoteesi selitti Notch-signaloinnin segmentoitumsien kehittymsiessä ja tätä tukee ne kokeet, joita on tehty hiirillä ja zebrafish- kalalla, (eräällä karpin sukuisella kalalla Danio rerio). Delta1mutantti hiirillä tehdyt kokeet osoittiat epänormalin somitogeneesin josaa puuttui anterior7posterior-polaarisuus ja tästä saatiin viitettä että notxh-signalointi on valttämätön myös somiittien ( alkujaokkeitten) rajojen ylläpitämiseksi. 

Termi:  

somitogenesis.  In somitogenesis, somites form from the paraxial (somitic) mesoderm,

(7) Keskushermostojärjestelmän kehitys ja toiminta

Varhaislöydöt Notch-signaloinnista keskushermostossa (CNS) saatiin banaanikärpsestä mutageneesikokeista. Esim. havaittiin alkion letaali fenotyyppi assosioituneena Notch-vikafunktioon ja se viittasi Notch - mutaation voivan johtaa alkion varhaisvaiheessa neuraalisen ja epidermaalisen solun eriämisen epäonnistumioseen banaanikärpäsalkiolla. Viimeksi kuluneen vuosikymmenen aikana on tekniikka edistynyt mutaatioitten ja poistogeenisyyden tutkimuksissa mikä sallii Notch-siganlointitien tutkimisen myös nisäkäsmallissa kuten jyrsijöissä.

 Notch-signalointitie havaittiin kriittiseksi pääasiassa neuraalisen progeniittorisolun (NPC) ylläpidolle ja sen itsestään uudistumiselle. Viime vuosina on havaittu Notch-tielle myös muita funktioita, kuten gliasolujen erilaistuminen, neuronihermojen kehitys ja myös oppiminen ja muisti.

Neuronisolujen erilaistuminen

Kehittyvässä aivossa Notch-tie on välttämätön ylläpitämässä NPC-soluja , neuronin progeniittorisoluja. Tien aktivoituminen riittää ylläpitämään NPC -soluja proliferoitumistilassa, kun taas funktionkatoamismutaatiot Notch-signaalitien kriittisissä komponenteissa aiheuttavat liian varhaisen neuronaalisen erilaistumisen ja NPC- solujen vähenemisen. Notch-signaalin modulaattorit esim Numb-proteiini, pystyvät vastavaikuttamaan Notchin vaikutuksiin johtaen solusyklin pysähtymiseen ja NPC-solujen differentioitumiseen. Tällä tavalla Notch -signalointi kontrolloi NPC- solujen itsestään uudistumista ja solun erilaistumiskohtaloita. 

 

Notch-signaloinnin ei-kanoninen haara, joka osallistuu STAT3 fosforylaatioon (Ser727) ja sitä seuraavaan Hes3 expression lisääntyminen ,on näyttänyt säätelevän lukuisia  NPC soluja viljelmässä ja aikuisen jyrsijän aivossa

Termi:

STAT3-Ser/Hes3 Signaling Axis, STAT3-Ser/Hes3 signaaliakseli

Aikuisessa jyrsijässä ja soluviljelmässä Notch3 edistää neuronaalista  erilaisumista ja sillä on vastakkainen vaikutus kuin Notch1/2. Tämä viittaa siihen, että yksittäiset Notch-reseptorit voivat omata divergoivia funktioita riippuen soluyhteydestä.  

Neuronin kehityksestä

In vitro- tutkimuksissa Notch voi vaikuttaa hermosolun kehittymiseen. In vivo -tutkimuksissa Numb, Notch-signaloinnin modulaattori, keskeyttää hermosolun kypsymisen kehittyvässä pikkuaivossa (cerebellum), kun taas Numb-deleetio keskeyttää axonaalisen arborisaation (haaroittumisen) sensorisessa gangliossa. Vaikka tämän ilmiön taustamekanismi ei ole selvä, löydöt yhdessä viittaavat siihen, että Notch-signalointi on kriittinen neuronin kypsymiselle.

Glia-solujen kehityksestä

Notch näyttää omaavan gliogeneesissä ohjaavaa osaa ja saattaa suoraan edistää monen gliasolualatyypin erilaistumsita. Esimerkiksi Notch-signaloinnin aktivoiminen verkkokalvossa suosii Müllerin gliasolujen kehkeytymisiä neuronien kustannuksella, kun taas vähentynyt Notch-signalointi indusoi gangliosolujen tuotantoa aiheuttaen vähenemää Müllerin gliasolujen lukumäärässä. 

Termejä: 

 gliogenesis,
 glial cell subtypes.
Muller glia cells

Aikuisen aivofunktio

Kehityksellisten funktioittensa lisäksi Notch-proteiineilla ja ligandeilla on ilmenemänsä aikuisen hermojärejstelmän soluissa, mikä viittaa osuuteen koko elämänaikaisessa keskushermostojärjestelmän plastisuudessa. Jos aikuishiirillä on mutaatioita joko Notch1:ssä tai Cbf1:ssä sillä näuyttää olevan puutteita spatiaalisessa ( paikkaan ja tilavuuteen liittyvässä) oppimisessa ja muistissa. Samanlaisia tuloksia on saatu tutkittaessa Notch-proteiinin kalvonsisäistä ( intramembraanista) pilkkoutumista välittäviä preseniliini-1ja -2- proteiineja. Täsmentäen: preseniliinien ehdollinen deleetio excitatorisissa neuroneissa 3 viikkoa hiiren syntymästä aiheuttaa aikuishiirille oppimisen ja muistin vajeita, hermojen vikafunktiota ja asteittaista neurodegeneraatiota. Monet gammasekretaasin estäjät joita käytettiin AD-taudin MCI:n kliinisiin kokeisiin asti johtivat statistisesti kognition huononemaan kontrolleihin verrattuna , minkä katsottiin johtuvan insidentaalisesta vaikutuksesta Notch -signalointiin 

Termejä:

 presenilins1 and 2, 

gamma secretase inhibitors 

Alzheimer's disease 

 MCI
 

(8) Sydämen ja verisuonten kehitys

Kardiovaskulaarinen ( sydämen ja verisuoniston) kehitys

Notch-signalointitie on kriittinen komponentti sydämen ja verisuoniston muodostumisessa ja morfogeneesissä sekä kehityksen aikana että taudeissa. Se vaaditaan endoteelisten kärki- ja varsisolujen valintaan angiogeneettisen haaroittumisen aikana.

Termi:

morphogenesis 

Sydämen kehittyminen

Notch-signaalitiellä on kriittinen osuus ainakin kolmessa sydämen kehityksellisessä prosessissa. Eteiskammiokanavan kehittymisessä, sydänlihaksen kehittymisessä ja sydämestä poisjohtavan vuoalueen kehittymisessä

Termejä: 

 Atrioventricular canal

 myocardial

Eteiskammiokanavan kehittyminen

• Eteiskammiorajan muodostuminen

Notch-signalointi voi säätää eteiskammiorajan muodostumista eteiskammiokanavan ja sydänlihaskammion välille.Tutkimuksista on selvinnyt, että Notch tien puuttumisesta tai ylisäädöstä voi seurata eteiskammiokanavan kehityksellisiä puutoksia. Lisäksi Notchin kohdegeenit HEY1 ja HEY2 osallistuvat kahden kriittisen säätelyproteiinin ilmenemän rajoittamiseen eteiskammiokanavaan ja nämä säätelyproteiinit ovat BMP2 ja Tbx2

Termejä:
the Notch target genes HEY1 and HEY2

• Eteiskammioalueen epiteeliaalismesenkymaalinen transitio (EMT)

Notch-signalointi on myös tärkeä tässä atriovenrikulaarisessa transitiossa epiteliaalisesta mesenkymaaliseksi (EMT) , mikä vaaditaan atriovenrikulaarisen kanavan kypsymiseen. Sen jälkeen kun eteiskammioraja on muodostunut, alaryhmä atrioventrikulaarista kanavaa verhoavista endokardiaalisista soluista aktivoituu myokardiumista lähtevistä signaaleista, ja inter-endokardiaalisilla signalointiteillä tapahtuu muuntuminen epiteliaalisesta mesenkymaaliseksi (EMT).

Notch1-vaje johtaa puuteelliseen EMT-induktioon: Hyvin harva migroituva solu on havaittavissa ja niistä puuttuu mesenkymaalinen morfologia.

Notch saattaa säätää tätä EMT- prosessia aktivoimalla matrixmetalloproteaasi 2.n (MMP2) ilmenemän. Tai estämällä vaskulaarisen endoteliaalisen kadheriinin ilmenemän AV-kanavan endokardiumissa ja suppressoimalla VEGF-tien , joka käyttää VEGFR2.  

RBPJk/CBF1- kohdennetuissa mutanteissa sydämen läppien kehitys on vahvasti häiriintynyt oletettavasti koska endokardiumin kypsyminen ja signalointi ovat viallisia.

Termejä:

  EMT, 

 myocardium 

matrix  metalloproteinase2 (MMP2)

 vascular endothelial (VE)-cadherin

 

Kammioiden kehittyminen

Eräät tutkimukset Xenopuksella ja hiiren alkion kantasoluilla viittaavat siihen, että kadiomyogeeninen määräytyminen ja erilaistuminen vaativat Notch-signaloinnin inhibition. 

Aktiivinen Notch-signalointi vaaditaan sydänkammion endokardiumissa asianmukaisen trabekulaation kehittymiseen myokardiaalisen erikoistumisen jälkeen  BMP10, NRG1 ja EphrinB2 ilmenemän säädöllä.

Notch-signaloinnin alavirran vaikuttaja, HEY2 on myös osoitettu tärkeäksi kammion kehityksen säätelyssä ja sitä ilmenee kammioiden väliseinämässä septumissa ja sydäntyynyjen endocardiaalisissa soluissa.

 Kardiomyosyytti - ja sileä lihassoluspesifinen HEY2-deleetio johtaa huonontuneeseen sydämen supistuskykyyn, epämuotoiseen oikeaan eteiseen ja kammioiden välisen septumin puutoksiin. 

Termejä: 

 Xenopus 
 endocardium
 BMP10, 
NRG1, 
 EphrinB2  
septum 
cardiac cushions 

Kammion ulosvirtausalueen kehitys

Aortankaaren ja aortankaaren valtimoitten kehityksen aikana on Notch-reseptoreilla, ligandeilla ja kohdegeeneilla ainutlaatuinen ilmenemismallinsa. Jos Notch-tie oli blokeerattuna, epäonnistui verisuoniston silean lihassolun merkitsijän ilmeneminen, mikä viittaa siihen, että Notch on osallisena kardiaalisen neuraalipoimun solujen erilaistumisessa verisuonistosoluiksi ulosvirtausalueen kehityksen aikana. 

Termi:

vascular  smooth muscle cell marker

Angiogenesis

Endoteliaaliset solut käyttävät Notch-signalointitietä koordinoidessaan solujen käyttäytymisiä verisuonten haaroittumisen (ja versoilun) aikana, mitä angiogeneesissä tapahtuu. Notchin aktivaatio primääristi tapahtuu suorassa interaktiossa Notch-ligandiin DLL4 ”konnektorisolussa” ( jotka ovat liittynyt ) ja soluissa ,jotka verhoavat tiivistä stabiilia verisuonta. Deltan kaltaista ligandia 4 (DLL4) ilmenee endoteliaalisissa kärkisoluissa.

VEGF-signalointi on tärkeä tekijä endoteelisolujen migraatiolle ja proliferaatiolle ja se saattaa olla alas säätyneenä soluissa, joissa Notch-signalointi on aktiivina ja alentanut Vegf-reseptorin transkription pitoisuudet. Zebrafish- kalan tutkimuksista on saatu tietää, että kala-alkiolla, jolta puuttuu Notch -signalointi, ilmenee ektooppista ja pinttynyttä VEGF3:n zebrafish-ortologia, flt4 kaikissa endoteliaalisissa soluissa , kun taas Notch-aktivaatio vaimentaa täydellisesti sen ilmenemän.

Saattaa olla, että Notch-signalointi kontrolloi verisuonten versomismallia angiogeneesin aikana. Kun solut ehjässä suonessa altistetaan VEGF-signaloinnille, vain rajoittunut määrä suonista aloittaa angiogeenisen prosessiin (uuden haarqan tekemisen). Vegf kykenee indusoimaan DLL4-excpressiota. Vuorostaan DLL4-ää ilmentävät solut säätävät alas Vegf-reseptoria lähisoluissa aktivoimalla Notchin ja siten estämällä solujen migraatiota kehittyvään versoon ( haaraan). Samoin varsinaisen haaroittumisprosessin aikana konnektorisolujen migratorisen käyttäytymisen täytyy olla rajoittunutta, jota ehjä yhteys alkuperäiseen verisuoneen saadaan pysytettyä.

Termejä

Endothelial angiogenesis.
 Delta-like ligand 4 (Dll4)
 VEGF
DLL4 

9. Sisäeritysjärjestelmän kehitys

Haiman kehityksestä

Varhaiskehityksen aikana alkaa haiman ( pancreas) muodostuminen endodermistä. Notch-signalointitien elementtejä on havaittu kehittyvässä haimassa, mikä viittaa siihen, että Notch-signalointi on tärkeä haiman kehityksessä. On näyttöä siitä, että Notch -signalointi säätelee endokriinisten solutyyppien progressiivista rekrytoimista yleisestä esisolusta ja tätä Notch vaikuttaa kahta tietä.

Toinen tie on ”lateraalisen inhibition” tie, joka tarkentaa jotkut solut primääreiksi ja jotkut solut sekundaareiksi niissä soluissa, joilla on potentiaalia samaan kohtaloon päätymiseen. Lateraali inhibitio vaaditaan monen solutyypin jatkolinjan määräytymiseen. Tässä voisi löytyä selitystä siihen, miksi endokriinisest solut sijaitsevat hajallaan pankreasepiteelissä.

Toinen mekanismi puolestaan on ” suppressiivinen ylläpito”, mikä selittäisi Notch-signaloinnin osuuden haiman erilaistumisessa. Tässä aktiviteetissä arvellaan fibroblastikasvutekijällä 10 (FGF10) olevan tärkeää osuutta, mutta yksityiskohdat ovat epäselviä.

Suoliston kehityksestä 

 

Notch-signaloinnin merkityksestä suolen kehityksen säätelyssä on saatu viitettä useista raporteista. Notch-signalointitien elementtien mutaatiot vaikuttavat varhaisimpien suolistosoolujen kohtalon päätymiin zebrafish- kalan kehittymisestä saadun tiedon mukaan. Transkriptioanalyysit ja funktionaaliset tutkimukset paljastavat, että Notch-signalointi kohdistuu suolessa Hes1-tekijään ja säätelee binaarisen solun joutumista joko absorptiivisen tai sekretorisen solun linjalle.

 

Luun kehitys

Varhaisissa in vitro-tutkimuksissa havaittiin Notch-signalointitietä osteoklastogeneesin vaimennussäädössä ja osteoblastogeneesissa. Notch1 ilmeni mesenkymaalisessa tihentymässä ja siitä seuraten hypertrofisissa kondrosyyteissä ruston muodostuksessa (chondrogenesis) . Notch- signaloinnin yliesiintymä esti BMP2:n indusoimaa osteoblastin differentoitumista. Kaiken kaikkiaan Notch-signaloinnilla on suuri osuus mesenkymaalisen solun päätymisestä osteoblastilinjalle ja tästä voidaan löytää terapeuttisia lähestymistapoja luun regeneraatioon.

Termejä::

osteoclastogenesis
 osteoblastogenesis.
chondrocytes 

10. Respiratorisen systeemin kehitys

Notch ei osallistu kehkoalveolien kehittymiseen.
termejä:  alveoli , lung.
 

11. Syöpä

Koska Notch- signalointi osallistuu moniin syöpiin, on alettu tutkia Notchin estäjiä (erityisesti gammasekretaasin estäjiä) syövän hoitoon. Vuonna 2013 oli 7 Notch-inhibiittoria kliinisissä kokeissa. MK-0752- nimisestä on saatu lupaavia tuloksia rintasyövän varhaisista kliinisistä kokeista   Termejä:  notch inhibitors  ,  gamma-secretase inhibitors)

12. Linkkejä

Diagram: notch signaling pathway in Homo sapiens
Diagram: Notch signaling in Drosophila
Netpath - A curated resource of signal transduction pathways in humans
Notch Receptors at the US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)

13. References: Kts. Wikilähde. 
Muistiin  30.11. 2016